機床數(shù)控技術(shù)及應用

機床數(shù)控技術(shù)及應用第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一第二章數(shù)控加工的工藝與編程2.1數(shù)控加工程序編制基礎(chǔ)2.2.1穿孔紙帶及代碼2.2.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向2.2.3程序段格式第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1穿孔紙帶及代碼數(shù)控加工程序的編制工作是數(shù)控機床使用中的重要環(huán)節(jié)要求：編程人員必須把加工過程中的所有動作(主軸動作、刀具動作、各坐標軸的運動及輔助動作等)，按照一定的順序,采用特定的代碼編寫而成。這就要求編程人員要具備一定的機制工藝、機床及刀具等方面的知識。在數(shù)控機床上加工零件時，要把被加工零件的全部工藝過程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)，以數(shù)字信息的形式記錄在信息載體上，輸入NC裝置，然后再進行加工。第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1穿孔紙帶及代碼數(shù)控機床數(shù)控裝置的類型不同．所使用的信息載體或控制介質(zhì)也不一樣，功能較強的數(shù)控裝置還具有與計算機通訊、聯(lián)網(wǎng)的功能。目前，一些大、中型數(shù)控機床仍采用穿孔紙帶輸入，它的好處是不受電磁干擾的影響，沒有漏磁問題，所以可長期重復使用。標準紙帶有5單位(5列孔，寬17．5mm)和8單位(8列孔，寬25．4mm)兩種。5單位所能記錄的信息較少，用于線切割、簡易數(shù)控以及點位控制等功能較少的數(shù)控機床。8單位孔帶廣泛用于車、銑、加工中心等多功能數(shù)控機床。8單位紙帶的尺寸規(guī)格如圖2．1．I所示，紙帶上每1行可有8列直徑為1．83mm的通孔．每1行通過有孔或無孔的不同組合形成一個信息代碼(如數(shù)字字母和一些符號等)。第3、第4列孔第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1穿孔紙帶及代碼目前，一些大、中型數(shù)控機床仍采用穿孔紙帶輸入，它的好處是不受電磁干擾的影響，沒有漏磁問題，所以可長期重復使用。第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1穿孔紙帶及代碼光電閱讀機(圖1—3)曾經(jīng)在程序輸人中發(fā)揮過重要作用，它用紅外光敏元件識別穿孔帶上每排孔的代碼，將孔的排列圖案轉(zhuǎn)換為電信號送入數(shù)控裝置。它具有較高的閱讀速度和抗干擾性。數(shù)控機床加工工件之前將穿孔帶送人光電閱讀機，在啟動數(shù)控裝置之后，便發(fā)出指令啟動光電閱讀機。由于主動輪4始終以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，當電磁鐵6吸合，穿孔帶被帶動從光源1、聚焦鏡2和9只光敏元件7之間通過，將穿孔帶上的代碼轉(zhuǎn)換成相應的電脈沖信號，經(jīng)放大與整形電路，輸入數(shù)控裝置譯碼和寄存。第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1穿孔紙帶及代碼當穿孔帶上出現(xiàn)程序段的結(jié)束代碼(通常是NL或IF)時，制動電磁鐵5吸合，啟動電磁鐵6復位，將穿孔帶壓向制動柱3，實現(xiàn)穿孔帶的快速制動。該傳動方式避免了電機啟動和停止的慣性影內(nèi)，使穿孔帶既能快速啟動又能準確停止。由于穿孔帶每一行的孔表示一個代碼，要求在同一瞬間將一行代碼同時讀入。為了避免誤讀．采用了一個直徑比代碼孔徑略小的同步孔發(fā)出“讀入”信號，因而即使穿孔帶以很高的速度通過光敏元件．也不致造成誤讀。第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1穿孔紙帶及代碼標準紙帶有5單位(5列孔，寬17．5mm)和8單位(8列孔，寬25．4mm)兩種。5單位所能記錄的信息較少，用于線切割、簡易數(shù)控以及點位控制等功能較少的數(shù)控機床。8單位孔帶廣泛用于車、銑、加工中心等多功能數(shù)控機床。8單位紙帶的尺寸規(guī)格如圖2．1．I所示，紙帶上每1行可有8列直徑為1．83mm的通孔．每1行通過有孔或無孔的不同組合形成一個信息代碼(如數(shù)字字母和一些符號等)。第3、第4列孔之間直徑為1．17mm的孔稱為同步孔，作為每行大孔的基準，并產(chǎn)生同步讀人情號。國際上通用的信息代碼有ISO代碼和EIA代碼兩種，見表2．1．1。第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1穿孔紙帶及代碼EIA代碼除CR字符外，其余均不使用第8列，并且每行的孔數(shù)必須為奇數(shù)個，若為偶數(shù)個則用第5列孔補奇，故EIA代碼也稱補奇碼。EIA代碼的容量是24＝64，ISO代碼的特點是每一行的孔數(shù)必須為偶數(shù)個，若某一行的孔數(shù)為奇數(shù)個，則用第8列孔補偶，故ISO碼也稱補偶碼。如數(shù)字“2”在1—7列有3個孔，故在第8列添1個孔。補奇和補偶的目的是為了讀入時進行校驗．當ISO代碼出現(xiàn)奇數(shù)孔或ELA代碼出現(xiàn)偶數(shù)孔時產(chǎn)生報警。第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.1穿孔紙帶及代碼ISO代碼排列有一定規(guī)律，每行的第l列到第4列形成二進制編碼，可形成16種不同組合，不同類型字符由第5列到第7列的不同組合來區(qū)分，去掉第8列，ISO代碼的容量是27＝128。與EIA代碼相比，ISO代碼具有信息量大、可靠性高、與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一致等優(yōu)點，目前已在許多國家得到采用。由于ISO碼在128種排列中只使用了五十幾個字符，，所以ISO代碼中數(shù)字、字母及輔助字符各有其明顯的特點，數(shù)字碼在穿孔紙帶的第5、第6列均有孔，而英文字母在穿孔紙帶的第7列均有孔，且僅第7列有孔時為A-O，僅第5列、第7列部時為P—Z，除個別特例外，不具有以上特征者均為輔助字符，這對邏輯判斷與校驗非常方便。第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向數(shù)控機床的坐標軸和運動方向統(tǒng)一規(guī)定數(shù)控機床坐標抽名稱及其運動的正、負方向可使編程簡便．并使所編程序?qū)ν愋蜋C床具有互換性。國際上已統(tǒng)一了數(shù)控機床的標準坐標系。我國也已制訂了JB3051-82《數(shù)控機床坐標和運動方向的命名》專業(yè)標準。第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向1.標準坐標系及運動方向標準坐標系采用右手直角笛卡兒坐標系(如右圖)。它規(guī)定了直角坐標X,Y,Z之間的關(guān)系及其正方向。拇指指向x軸正方向，食指指向y軸正向，中指指向z軸正方向。＋A,＋B,＋C表示軸線分別與＋X,＋Y,＋Z平行的旋轉(zhuǎn)運動，將右手螺旋前進的方向取為正方向。按X-Y-Z-X的順序由前一軸向后一軸旋轉(zhuǎn)，則右手螺旋前進的方向第三軸。第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向2.Z軸原則-------主軸及Z軸、而消耗功率最多的軸為主軸3.正方向原則-----遠離工件的方向為刀具運動的正方向4.工件相對靜止而刀具產(chǎn)生運動的原則不論機床的具體結(jié)構(gòu)是工件靜止、刀具運動，還是工件運動、刀具靜止，確定坐標系時一律看作工件相對靜止而刀具產(chǎn)生運動，這一原則使編程人員在編程時不必考慮刀具運動還是工件運動．只需根據(jù)零件圖紙進行編程。因為各類機床實際操作時可能是刀具運動或工件運動，所以標準中統(tǒng)一規(guī)定；機床坐標系圖中帶“’”號的字母(如“＋X’”)表示工件正向運動的指令，不帶“，”號的字母(如+X)則表示刀具相對于工件正向運動的指令。第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向5.坐標軸及其正方向的確定（先規(guī)則后舉例）第一步：確定Z軸標準中規(guī)定平行于機床主軸的刀具運動方向為z坐標方向，+Z為刀具遠離工件的方向。對于銑床、鏜床、鉆床等，帶刀具旋轉(zhuǎn)的軸為Z軸。當機床有幾個主軸時，則選垂直于工件裝夾平面的主軸為軸（如龍門銑）。第二步：確定X軸x軸的方向為水平方向，它垂直于Z軸并平行于工件的裝夾平面。對于工件旋轉(zhuǎn)的機床(車床、磨床等)，取平行于橫向滑座的方向（工件徑向）為X坐標方向。＋X為刀具遠離工件的方向；對于刀具旋轉(zhuǎn)的機床(銑、鏜床等)，當Z軸水平時(臥式)，沿刀具主軸后端向工件方向看，向右為+X方向，當Z軸垂直時(立式)，面對刀具主軸向立柱方向看，向右為+X方向，第三步：確定Y軸－－按右手規(guī)則確定Y軸第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向

(a)兩坐標數(shù)控車床；(b)三坐標數(shù)控銑床第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向

(c)臥式鏜銑床；(d)六軸加工中心第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向6.附加坐標X，Y，Z稱為主坐標系(或第一坐標系)，除第一坐標系以外平行于主坐標軸的其他坐標系則稱附加坐標系，可命名為U，V，W鈾。稱為第二坐標系(參見圖2.1.3)再增加的第三坐標系可用P，Q，R表示。同樣A，B，C以外的旋轉(zhuǎn)軸可命名為D或E等。第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向7.絕對坐標和增量坐標絕對坐標：以某一固定點為原點而計量的坐標稱為絕對坐標，用X，Y，Z表示，如右圖中的點A(X35，Y30)，B(X10，Y12)。增量坐標：而運動軌跡中的終點以其起點為原點計量的坐標稱為增量坐標，用U,V,W表示，如右圖中的B點相對A點的增量坐標為(U—25，V—18)。一般從方便編程及滿足加工精度等方面選用坐標系，有時也可以兩者混用。第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.2數(shù)控機床的坐標軸和運動方向8.數(shù)控機床的坐標軸數(shù)與聯(lián)動軸數(shù)數(shù)控機床中要進行位移量控制的部件較多，所以要建立機床的坐標系統(tǒng)，以便分別進行控制。對于一臺數(shù)控機床來說，坐標數(shù)是指采用了數(shù)字控制的運動數(shù)。如一臺數(shù)控車床，如果其X．Z方向采用了數(shù)字控制，則稱為2坐標數(shù)控車床。又如一臺銑床，如果其X，Y，Z3個方向的運動都能進行數(shù)控，則稱為3坐標數(shù)控銑床。有些機床的運動部件較多，同一坐標軸方向上有2個或更多的運動是數(shù)字控制的，于是就有4坐標、5坐標數(shù)控機床等。要注意數(shù)控機床的坐標數(shù)不要與“2坐標聯(lián)動”、“3坐標聯(lián)動”相混淆。前述的3坐標數(shù)控銑床，若數(shù)控系統(tǒng)只能控制任意2坐標聯(lián)動，則只能實現(xiàn)2坐標聯(lián)動加工。若數(shù)控系統(tǒng)能控制3坐標聯(lián)動，則能實現(xiàn)3坐標聯(lián)動加工。第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3程序段格式9.數(shù)控加工程序的組成數(shù)控加工程序：由若干程序段組成；程序段：由若干程序字組成的；程序字：包括用英文字母表示的地址符和跟隨其后的數(shù)字、字符。例如：

O0008程序號N0010G00X90.0Z5.0；N0020G0lZ－50.0F0.3；N0030X96.0；N0040X100.0Z－52.0；N0050Z－80.0F0.2；N0060X150.0；N0070M02若干程序段程序結(jié)束指令第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3程序段格式9、程序段格式是指程序段的書寫規(guī)則，即程序中的字、字符、數(shù)據(jù)的安排規(guī)則。格式不符規(guī)定．效控系統(tǒng)不予接收并報警。分為固定程序段格式和可變程序段格式。固定程序段格式：這種格式的程序段中無地址符，字的順序和程序段的長度固定不變，不能省略。這種格式的NC系統(tǒng)簡單，但程序太長，也不直觀，因此應用較少。用分隔符的程序段格式：這種格式也不使用地址符，但字的順序是固定的，各字之間用分隔符隔開以表示地址的順序。由于有分隔符，所以不需要的字可以省略．但必須保留相應的分隔符。數(shù)控機床發(fā)展的初期采用固定順序程序段格式及后來的分隅符程序段格式，現(xiàn)已不用或很少用?，F(xiàn)今廣泛應用字地址可變程序段格式(簡稱字地址程序格式)，上述示例即后此類。第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3程序段格式字地址程序段格式：與前兩種格式不同，這種格式以地址符開頭，后面是由數(shù)字組成的信息單元“字”，每個字根據(jù)地址確定其含義，因此不需要的字和與上一程序段相同的字都可以省略，各字也可以不按順序。這種格式雖然增加了地址譯碼電路，但程序直觀，便于檢查，可縮短穿孔帶，廣泛用于車、銑等數(shù)控機床。字地址程序段格式通常字地址程序段中字的順序及形式為：N

G

X

Y

Z

F

S

T

M

；目前國內(nèi)外的數(shù)控裝置都采用以上格式，給程序編制工作帶剩很大方便。例如：N0010G00X90.0Z5.0；

第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3程序段格式

一個完整的加工程序由程序號、若干程序段及程序結(jié)束指令構(gòu)成。程序號：又稱程序名，置于程序的開頭，用作一個具體加工程序存儲、調(diào)用的標記。程序號一般由字母O、P或符號“％”后加2~4位數(shù)組成，也有機床用零件名稱、零件號及其工序號等內(nèi)容表示。程序結(jié)束指令：用M02或M30代碼(參見書P37表2.4.1)。由于M02或M30總是在程序段其他指令完成之后才起作用．故編程時也可置于最后一條工作程序段的末尾，如上例可改成N0060X150.0M02；O0008N0010G00X90.0Z5.0；N0020G0lZ－50.0F0.3；N0030X96.0；N0040X100.0Z－52.0；N0050Z－80.0F0.2；N0060X150.0；N0070M02第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3程序段格式程序段：是控制機床加工的一種語句，表示一個完整的運動或操作。程序段由程序段號、若干數(shù)據(jù)字及程序段結(jié)束符號組成。例如：N0010

G00

X90.0

Z5.0

；程序段號(NXXX)：又稱程序段名，由地址N及其后的數(shù)字組成。其數(shù)字大小的順序不表示加工或控制順序，只是程序段的識別標記，用作程序段檢索、人工查找或宏程序中的無條件轉(zhuǎn)移。因此，在編程時，數(shù)字大小的排列可以不連續(xù)，也可顛倒，甚至可以部分或全部省略。但習慣上還是按順序并以5的倍數(shù)編程，以備插入新的程序段。程序段結(jié)束符號若干數(shù)據(jù)字程序段號第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3程序段格式數(shù)據(jù)字(又稱程序字、功能字)簡稱“字”。它是由一組排列有序的字符組成，如G00，X90.0，Z5.0等等，表示一種功能指令。程序中常用數(shù)據(jù)字有：準備功能字(G指令)；尺寸字，地址為X，Y，Z，U，V，W，I，J，K，A，B，C．…(見表3—1)；進給速度功能字(F指令)；主軸轉(zhuǎn)速功能字(S指令)；刀具功能字(T指令)；輔助功能字(M指令)。此外，還有刀具偏置號、固定循環(huán)參數(shù)等字。尺寸字以外的為非尺寸字。程序段結(jié)束符號，在程序單上訪用分號“；”或星號“*”，根據(jù)具體機床選用；紙帶穿孔時，ISO標準用IF或NL換行，EIA標準用CR。第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期一2.1.3程序段格式通常字地址程序段中字的順序及形式為：N

G

X

Y

Z

F

S

T

M

；例如：N0010G00X90.0Z5.0；功能地址意義程序號O,P程序號、子程序號指令順序號碼N程序段號準備功能G